KR820000415Y1 - 상용 입력전원의 자동변환 전원장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

상용 입력전원의 자동변환 전원장치

제1도는 종래의 강압변압기 및 절환스위치를 사용한 상용입력전원 변환장치

제2도는 본 고안의 전체장치도

제3도는 본 고안에서 이용되는 전압자동조절회로의 구체회로도

제4도는 본 고안의 요부회로도

제5도는 통상적인 리플 제거회로도

제6도는 본 고안의 각부 파형도

본 고안은 강압변압기나 절환스위치를 사용하지 않으면서도 상용 교류주파수 50-60Hz를 가진 대략 85V-260V 범위의 광대역한 입력 조건에서도 소정의 직류전압치를 얻도록 자동변환하여 주면서 그 동작이 안정되고 소정의 직류전압치를 리플이 전혀 없는 상태로 임의적으로 얻을 수 있도록 하며, 동시에 초기과도전류등과 같은 과도전류를 제한하여 전자기기의 회로를 보호할 수 있도록한 상용입력전원의 자동변환전원장치에 관한 것이다.

일반적으로 TV등 가전기기에 필요한 소정의 직류전압을 얻기 위해서는 상용 50-60Hz의 주파수범위를 가지는 교류전원을 이용하고 있으며, 이는 우리나라일 경우 60Hz, 100V/220V의 2가지 형태로 나타나는데, 100V지역 또는 220V지역 어느곳에나 사용가능한 가전기기에는 이러한 전압변동에 대처하기 위한 장치가 필수적으로 요구된다.

그러므로, 이러한 전압변동에 대처하기 위하여 종래에는 제1도와 같이 강압용변압기(T) 및 절환스위치(S)를 두어 입력전압변동지역에 따른 전압값을 선택하고 이를 정류회로(D) 및 리플제거회로(A')를 이용하여 소정의 직류전압치를 얻어온 것이 대부분이다.

그러나, 이는 강압용 변압기를 제작하기가 용이하지 않고 무겁게 되므로 필연적으로 요구되는 TV 등 가전기기의 경랑화를 이룰 수 없게되며, 강압용 변압기 자체에서 소모되는 전력소비가 많게되어 비경제적이다.

특히, 표 1과 같이 세계각국에 상용되는 전압을 100V(우리나라, 일본)에서 최고 250V(오스트레일리아)까지 다양하게 사용되고 있는데, 이들 각국을 상대로 가전기기 등을 수출하게 될 경우에는 특정국의 상용전압에 알맞게 전원장치를 제작하여야 하며, 또한 표 1에서와 같이 특정국내의 상용교류전원이 지역마다 3종류 또는 그 이상이 되는 경우에는 이들 가전기기에 설계되는 전원장치는 더욱 복잡하게 되고, 절환스원치를 사용하여야 하므로 실용적이 못되는 문제점이 있다.

이러한 배경에서 본 고안은 세계의 어느 지역에서라도 별도의 조작없이 사용 가능하도록 상용 주파수 50/60Hz를 가진 AC 85V-260V의 입력전압 변동폭으로 인가되는 전원을 자동으로 변환함은 물론 어떠한 입력전압 변동에도 0.05% 이내의 순수한 직류전압을 얻으면서도 안정된 회로동작을 기할 수 있도록 하기 위한 전원장치를 제공하는 것으로서 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 고안의 구성은, 제2도와 같이 본 출원인에 의하여 1981년도 동일제출된 출원번호 제2308호인 전압자동조절회로(V)는 제3도와 같이 구성되며, 이는 이 전압자동조절회로(V)의 구동전압파(제6도 2의 b점의 파형)를 발생하기 위한 구동전압파 발생부(4), 소정의 전압값외의 전압변동폭에 따라 구동전압파와 비교되어 위상각을 자동조절하는 위상각조절부(3) 및 이 위상각조절부(3)의 동작으로 임펄스(Impulse)를 발생하는 트리거펄스 발생부(2)와 이 트리거펄스 발생부(2)의 출력으로 사이리스터(SCR)을 구동하는 위상각 구동부(1)와 과도전압발생시이를 보호하기 위한 과도전압방지부(6)로 구성된 것인데, 이 전압자동조절회로(V)에 제4도와 같이 트랜지스터(Q₁,Q₂,Q₃,Q₄)및 저항(R₁-R₆,R₉), 콘덴서(C₁), 다이오드(D₁,D₂)로 구성된 리플제거회로(A')를 연결하고, 이에 저항(R₈,R₁₀-R₁₄) 및 다이오드(D₃,D₄,D₅,D₆)로 구성된 전류 제한회로(B)를 연결하여서 된 것이다.

이와같은 구성의 본 고안에서 전압자동조절회로(V)의 동작상태를 간단히 살피보면, 상용주파수 50-60Hz를 가진 85V-260V의 전원입력이 전원코드에 입력되면 이는 통상의 브리지정류회로(D)를 거쳐 제6도의 1과 같은 a점의 파형을 형성하여 이를 전압자동조절화로(V)의 사이리스터(SCR)에 인가하게되는데 이때 사이리스터(SCR)의 게이트에 게이팅펄스를 가하는 시점은 전압자동조절회로(V)의 동작으로 입력전압의 위상각을 제어하게 되는 것이다.

따라서, 이러한 위상각제어동작은 전압선택 및 검지부(5)의 작용으로 자동전압조절회로(V)의 사이리스터(SCR)를 거쳐 유입된 전압을 제한하여 일정치로 분할가변하므로서 소정의 정전압값을 얻게되며, 이 소정의 정전압값 이외의 전압변동(85V-260V)이 입력되면 위상각 제어부(3)의 동작으로 구동전압파발생부(4)에서 발생된 제6도의 2의 b점의 파형과 같은 구동전압파의 일정전위치에서 위상각제어부(3)의 트랜지스터(Q₁')를 동작시키게 되어, 트랜지스터(Q₃')가 ON되고, 이의 동작으로 트리거펄스 발생부(2)의 저항(R₉')에 전위차가 발생하게 된다.

이러한 전위차의 발생으로 콘덴서(C₃')와 다이오드(D₂')에 의해 제6도의 3의 c점의 파형과 같은 임펄스를 발생시켜 위상각구동부(1)의 사이리스터(SCR)의 게이트에 트리거펄스를 가하게 된다.

이러한 동작으로 AC85V-260V의 변동폭을 가지는 입력전압의 어느 시점에서 위상각이 제어되면서 콘덴서(Ca)에 순간 충전하게 되고, 구동전압파발생부(4)에서 발생된 맥류파형의 상승점에서 사이리스터(SCR)가 턴 오프(turn OFF)되므로 인해서 콘덴서(Ca)는 방전을 개시하게 되어 제6도의 4의 d점의 파형과 같이 리플성분이 포함된 소정치의 정전압을 얻게되는 것이다.

이렇게해서 얻어진 소정의 값에 일치하는 정전압은 제6도의 4의 d점의 파형과 같이 리플성분이 많이 포함되어 있으므로 해서 이를 제거한 순수직류전압을 얻기 위해서는 리플제거를 위한 회로를 연결하여야 하나, 제5도와 같은 종래의 리플제거회로(A₀)를 연결하여 사용하기가 어렵게 되어있다.

왜냐하면, 이러한 리플제거회로(A₀)에서는 초기전원투입의 과도동작시에는 위상제어가 정상동작이 되지 않을수도 있기 때문에 입력 AC전원의 피크(Peak)치까지 콘덴서(Ca)에 충전될 수도 있다.

즉 AC 220V로 동작시에는 상기 과도전압은 220V까지 상승할수도 있으며, e점의 출력 DC전위는 비교적 낮은 전압치로 설정되어 있어서 트랜지스터(Q₁)의 콜렉터와 에미터간에는 비교적 높은 전압이 걸리게 되므로, 이때의 트랜지스터(Q₁)의 콜렉터전류 허용치가 제한되어야 하며, 콘덴서(Ca)에 충전된 높은 전압치는 예정된 d점의 정상동작전위치까지 하강하는데는 저항(R₁,R₉) 등의 고저항을 통해서만 방전하기에는 너무 긴 시간을 요하기 때문에 문제가 된다.

이같은 방전시간을 단축하기 위해서는 트랜지스터(Q₁)의 에미터전류 제한치는 클수록 좋으나, 트랜지스터(Q₁)의 안전동작 영역을 고려할때 무작정 크게 할수 없고 비교적 적절한 적정치를 설정해야 한다.

이러한 이유로 제5도와 같이 저항(R₉,R₇,R₈) 및 트랜지스터(Q₄)로 구성되는 부하전류 제한회로가 형성되며 이는 입력전압의 조건이 어떠한 경우라 할지라도,

E₁+ E₂≒ 0.6volt ………… (Q₄V_BE)

E₁: R₈의 전압강하치

E₂: R₉의 전압강하치

Q₄: 실리콘 트랜지스터

를 만족하는 조건으로 전류제한동작을 개시하게되는테, d점과 e점의 전위가 정상동작레벨일 때는,

E₁≒0.6 volt

E₂≒0 voIt

가 되는 조건으로 전류제한동작을 개시하게되며, d점의 전위가 극단적으로 상승하였을 경우에는,

E₁≒0 volt

E₂≒0.6 volt

가 되는 조건에서 전류제한동작을 개시하게 된다.

여기에서 E₁은 부하전류치에 의해서 발생하는 것이기 때문에 상기의 E_1≒0volt가 되는 조건의 근사영역에서는 비교적 정확한 제한 전류치를 확보한다는 것은 대단히 어렵다는 결점이 있다. 즉, 대단히 큰 값의 안정동작영역을 가지는 트랜지스터(Q₁)를 필요로 하기 때문이며, d점의 전위는 리플이 많이 포함되여 있어서 저항(R₉)을 통하여 직류출력측에 영향을 주는 일이 많으므로, 입력전압의 조건이 어떠한 경우에도 E₅+E₆+E₃+E₄≒1.2 volt (Q₄의 V_BE+D₅의 V_F)

E₅: R₁₀의 전압강하치

E₆: R₁₄의 전압강하치

E₃: D₄의 양단전압

E₄: R₁₃의 전압강하치

를 만족하는 조건에서 전류제한동작을 개시하는테, d점과 e점의 전위가 정상동작레벨일 경우는,

E₅≒0.6 volt

E₆≒0.6 volt

E₃≒0 volt

E₄≒0 volt

가 되는 조건에서 전류 제한동작을 개시하게되오 d점의 전위가 극단적으로 상승하였을 경우에는,

E₅≒0 volt

E₆≒0.3 volt

E₃≒0.6 volt

E₄≒0.3 volt

가 되는 조건에서 전류제한동작을 개시하도록 각 저항치를 설정해 놓으며, E₅및 E₆는 주로 부하전류의 흐름에 의하여 발생되는 전압이며 E₃및 E₄는 d점과 e점의 전위차에 의해서 저항(R₉), 다이오드(D₆)를 통하여 분할된 전압이다.

또한, 저항(R₁₄)은 저항(R₁₀)에 비해 비교적 높은 저항치를 가지며 수배내지 수십배의 값으로 설정되며, 다이오드(D₃)는 용량이 비교적 큰 실리콘다이오드로서 순방향전압(V_F)은 약 0.9V정도의 정전압특성을 가지고 있다.

그리고 이 전압은 저항(R₈),(R₁₄)으로 분압되어지는테, 이때 분압비는 약 1: 2 정도가 되며, 다이오드(D₄)(D₅)는 실리콘다이오드로서 순방향전압(V_F)은 약 0.6V정도가 되고, 다이오드(D₆)는 약 10-50V정도의 범위(그 이상의 범위라도 좋다)를 가지는 정전압 특성을 가지고 있으며, 저항(R₉)을 통한 리플전압이 출력측으로 전달되는 것을 방지한다.

그러므로, 극단적으로 상승된 초기전원투입시 과도상태의 입력전압이 걸릴 때는 주로 저항(R₁₄)의 전압강하치에 의해 제한부하전류값이 달라지며, 이러한 상태에서 임의의 적은 값을 가진 제한부하전류치를 비교적 정확한 값으로 유지하는 것이 가능하도록 하는 것이며 트랜지스터(Q₁)의 안정동작영역의 극단적이거나 예정적인 입력조건에서도 만족을 할수 있는 것이다.

이와같은 본 고안은 출원인에 의하여 1981년도 동일자로 출원된 ''전압자동조절회로"에 리플제거회로 및 전류 제한회로를 결합하므로서 상용주파수 50-60Hz를 가진 AC85V-260V의 광대역한 입력전압 변동 및 최대값의 범위를 초과한 예상외의 전압치가 인가되더라도 자동으로 리플함유도 0.05% 이내의 제 6 도의 4의 e점의 파형과 같이 순수직류전압을 TV등 가전기기에 안정된 동작으로 공급하여 줄수 있는 것으로, 이로 인하여 표 1과 같이 TV등 가전기기를 상용교류전원의 상용주파수 및 전압치가 각기 다른 세계각처에 수출할 경우에는 전원설계를 특정국의 상용전압값에 맞도록 설계해야 하고 특정국내의 전압치가 지역마다 여러종류로 달라지게 되는 경우에는 더욱 전원설계가 용이하지 않게되어 수출이 불가능하게 되는 등의 문제점을 완전해소할 수 있는 특징을 지닌 것이다.

[표 1]

Claims (1)

1. 전압자동 조절회로(V)의 출력단에 리플제거회로(A)를 연결 구성한 것에 저항(R₈, R₁₀-R₁₄, 다이오드(D₃,D₄,D₅,D₆)로 구성된 전류제한회로(B)를 연결하여서 됨을 특징으로하는 상용입력전원의 자동변환전원장치.